ES2937028T3 - Stack - Google Patents
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Abstract
Una batería que incluye: una carcasa de batería que define una cámara en su interior; un electrolito en polvo dispuesto en la cámara, estando configurado el electrolito en polvo para rodear un material de zinc que está separado del electrolito en polvo por una lámina separadora permeable; un miembro conductor que tiene un primer extremo configurado para comunicación eléctrica con un terminal de ánodo de la batería, y un segundo extremo configurado para comunicación eléctrica con el material de zinc; una capa conductora dispuesta entre una superficie interior de la carcasa y el electrolito en polvo, estando configurada la capa conductora para comunicación eléctrica con un terminal de cátodo de la batería; (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)A battery including: a battery case defining a camera therein; a powdered electrolyte disposed in the chamber, the powdered electrolyte being configured to surround a zinc material that is separated from the powdered electrolyte by a permeable separator sheet; a conductive member having a first end configured for electrical communication with an anode terminal of the battery, and a second end configured for electrical communication with the zinc material; a conductive layer disposed between an inner surface of the casing and the powdered electrolyte, the conductive layer being configured for electrical communication with a cathode terminal of the battery; (Automatic translation with Google Translate, without legal value)
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
PilaStack
Campo técnicotechnical field
La presente invención se refiere al campo de las pilas que están configuradas para su activación tras la introducción de un líquido en una cámara de la pila.The present invention relates to the field of batteries that are configured to be activated after the introduction of a liquid into a cell chamber.
Antecedentes de la invenciónBackground of the invention
El rendimiento de las pilas de tipo AA y AAA convencionales disponibles en el mercado tiende a deteriorarse a lo largo del tiempo durante el almacenamiento. Esto puede suponer un grave problema cuando la fiabilidad del rendimiento de las pilas es de importancia crítica, por ejemplo, en una situación de emergencia donde se requiere que las pilas alimenten una linterna, una radio, un teléfono móvil u otro dispositivo electrónico que puede salvar vidas.The performance of commercially available conventional AA and AAA type batteries tends to deteriorate over time during storage. This can be a serious problem when the reliability of battery performance is of critical importance, for example in an emergency situation where batteries are required to power a flashlight, radio, mobile phone or other electronic device that can save life. lives.
Para abordar este problema, se han desarrollado pilas activables por agua que pueden almacenarse durante un periodo de tiempo relativamente prolongado en un estado inactivo (es decir, cuando el agua aún no se ha mezclado con la mezcla de polvo de electrolito dentro de la pila para activar la mezcla de polvo de electrolito) sin pérdida sustancial de rendimiento de la pila cuando la pila se activa posteriormente mediante la adición de agua.To address this problem, water-activated cells have been developed that can be stored for a relatively long period of time in an inactive state (i.e., when the water has not yet mixed with the electrolyte powder mixture inside the cell to activating electrolyte powder mix) without substantial loss of cell performance when the cell is subsequently activated by adding water.
Sin embargo, las pilas activadas por agua existentes también presentas ciertas desventajas, incluyendo que algunos todavía consideran que la estructura y la composición de materiales de dichas pilas son excesivamente complejas y más costosas de lo que puede ser necesario producir en volumen. La estructura de las pilas activadas por agua existentes es también tal que pueden perderse partes de las pilas accidentalmente, inutilizando, por tanto, dichas pilas. Por supuesto, esto no es deseable, particularmente en una situación de emergencia. Los documentos de patente JP2014002873 y WO2016/004843 se consideran relevantes para la presente invención.However, existing water-activated cells also suffer from certain disadvantages, including that the structure and material composition of such cells are still considered by some to be excessively complex and more expensive than it may be necessary to produce in volume. The structure of existing water-activated cells is also such that parts of the cells can be accidentally lost, thereby rendering the cells useless. Of course, this is not desirable, particularly in an emergency situation. The patent documents JP2014002873 and WO2016/004843 are considered relevant to the present invention.
Sumario de la invenciónSummary of the invention
La presente invención busca paliar por lo menos uno de los problemas descritos anteriormente.The present invention seeks to alleviate at least one of the problems described above.
La invención es una pila tal como se define en la reivindicación 1. Las formas de realización preferidas son como se definen en las reivindicaciones dependientes.The invention is a cell as defined in claim 1. Preferred embodiments are as defined in the dependent claims.
La presente invención proporciona una pila que incluye:The present invention provides a stack that includes:
una carcasa de pila que define una cámara en la misma;a battery casing defining a chamber therein;
por lo menos un anillo de polvo de electrolito comprimido dispuesto en la cámara y que está configurado para rodear un material de zinc que está separado del polvo de electrolito por una lámina separadora permeable; un elemento conductor que presenta un primer extremo configurado para la comunicación eléctrica con un terminal de ánodo de la pila, y un segundo extremo configurado para la comunicación eléctrica con el material de zinc; una capa conductora dispuesta entre una superficie interna de la carcasa y el polvo de electrolito, estando la capa conductora configurada para la comunicación eléctrica con un terminal de cátodo de la pila; y un mecanismo de liberación de líquido configurado para permitir la liberación de un líquido en la cámara para activar un flujo de iones entre el polvo de electrolito y el material de zinc por medio de la lámina separadora permeable mediante lo cual se genera una diferencia de potencial entre la capa conductora y el elemento conductor en respuesta a dicho flujo de iones activado;at least one ring of compressed electrolyte powder arranged in the chamber and configured to surround a zinc material that is separated from the electrolyte powder by a permeable separator sheet; a conductive element having a first end configured for electrical communication with an anode terminal of the cell, and a second end configured for electrical communication with the zinc material; a conductive layer disposed between an inner surface of the casing and the electrolyte powder, the conductive layer configured for electrical communication with a cathode terminal of the cell; and a liquid release mechanism configured to allow the release of a liquid in the chamber to activate a flow of ions between the electrolyte powder and the zinc material via the permeable separator sheet whereby a potential difference is generated. between the conductive layer and the conductive element in response to said activated ion flow;
en la que dicha pila se caracteriza por que el por lo menos un anillo de polvo de electrolito comprimido se extiende sustancialmente a lo largo de un eje alargado de la carcasa.wherein said cell is characterized in that the at least one ring of compressed electrolyte powder extends substantially along an elongated axis of the casing.
El polvo de electrolito comprimido incluye una configuración sustancialmente con forma de anillo que presenta una superficie periférica externa y una superficie periférica interna que definen un núcleo hueco.The compressed electrolyte powder includes a substantially ring-shaped configuration having an outer peripheral surface and an inner peripheral surface that define a hollow core.
Preferentemente, el polvo de electrolito puede incluir partículas de polvo de electrolito que se han sometido a molienda con bolas.Preferably, the electrolyte powder may include electrolyte powder particles that have been ball-milled.
Preferentemente, la capa conductora puede incluir un material que puede ser sustancialmente no reactivo con el electrolito. Más preferentemente, la capa conductora puede incluir un material que puede ser sustancialmente no reactivo con un material de cloruro de zinc. Preferably, the conductive layer may include a material that may be substantially non-reactive with the electrolyte. More preferably, the conductive layer can include a material that can be substantially non-reactive with a zinc chloride material.
Preferentemente, la capa conductora puede incluir por lo menos uno de entre un material de grafito, carbono, plata, oro y platino.Preferably, the conductive layer may include at least one of graphite, carbon, silver, gold, and platinum material.
Preferentemente, la capa conductora puede incluir por lo menos uno de entre una lámina de metal y una capa de recubrimiento dispuesta sobre o sustancialmente adyacente a la superficie interna de la pared periférica de la pila. Preferentemente, la carcasa puede incluir por lo menos uno de entre una aleación de aluminio, acero inoxidable y plástico.Preferably, the conductive layer may include at least one of a metal foil and a coating layer disposed on or substantially adjacent to the inner surface of the peripheral wall of the cell. Preferably, the housing may include at least one of aluminum alloy, stainless steel, and plastic.
Preferentemente, la presente invención puede incluir por lo menos un canal, hendidura o rebaje dispuestos dentro de la cámara configurados para permitir el paso del líquido a su través tras la entrada del líquido en la cámara en la que dicho paso de líquido está configurado para efectuar el flujo de iones entre el polvo de electrolito y el material de zinc por medio de la lámina separadora permeable.Preferably, the present invention may include at least one channel, slit or recess arranged within the chamber configured to allow the passage of liquid therethrough upon entry of liquid into the chamber in which said passage of liquid is configured to effect the flow of ions between the electrolyte powder and the zinc material by means of the permeable separator sheet.
Preferentemente, el canal, hendidura o rebaje puede estar configurado para extenderse sustancialmente a lo largo de un eje alargado de la carcasa.Preferably, the channel, slot or recess may be configured to extend substantially along an elongated axis of the casing.
Preferentemente, el canal, hendidura o rebaje puede estar formado en el polvo de electrolito.Preferably, the channel, slit or recess may be formed in the electrolyte powder.
Preferentemente, el canal, hendidura o rebaje puede estar dispuesto sobre la superficie periférica externa del polvo de electrolito y puede extenderse sustancialmente a lo largo de un eje alargado del polvo de electrolito.Preferably, the channel, slit or recess may be provided on the outer peripheral surface of the electrolyte powder and may extend substantially along an elongated axis of the electrolyte powder.
Preferentemente, el canal, hendidura o rebaje puede estar dispuesto sobre la superficie periférica interna y puede extenderse sustancialmente a lo largo de un eje alargado del núcleo hueco del polvo de electrolito.Preferably, the channel, slit or recess may be provided on the inner peripheral surface and may extend substantially along an elongated axis of the hollow core of the electrolyte powder.
Alternativamente, el canal puede estar formado por la lámina separadora permeable.Alternatively, the channel may be formed by the permeable spacer sheet.
Típicamente, el mecanismo de liberación de líquido puede incluir una abertura en la carcasa configurada para permitir la entrada del líquido en la cámara de la pila, estando la entrada de dicha agua configurada en la carcasa para activar el flujo de iones entre el polvo de electrolito y el material de zinc por medio de la lámina separadora permeable, mediante lo cual puede generarse una diferencia de potencial entre la lámina conductora y la clavija conductora en respuesta a dicho flujo de iones.Typically, the liquid release mechanism may include an opening in the casing configured to allow liquid to enter the cell chamber, the inlet of said water being configured in the casing to activate the flow of ions between the electrolyte powder. and the zinc material by means of the permeable spacer sheet, whereby a potential difference can be generated between the conductive sheet and the conductive pin in response to said ion flow.
También típicamente, la carcasa puede incluir por lo menos una primera parte y una segunda parte que están unidas de manera móvil entre sí, siendo la primera y segunda partes móviles entre sí entre por lo menos una primera configuración unida mediante la cual la abertura está sustancialmente bloqueada sin permitir la entrada del líquido en la cámara de la carcasa por medio de la abertura, y una segunda configuración unida mediante la cual la abertura está sustancialmente desbloqueada para permitir la entrada del líquido en la cámara de la carcasa para activar el flujo de iones entre el polvo de electrolito y el material de zinc por medio de la lámina separadora permeable. También normalmente, puede estar formada de una sola pieza una válvula en la carcasa, en la que dicha válvula puede estar compuesta por al menos una de entre la primera parte y la segunda parte de la carcasa. También típicamente, la carcasa puede incluir por lo menos una primera parte y una segunda parte que son móviles entre sí entre por lo menos una primera configuración mediante la cual la primera parte y la segunda parte están unidas y bloquean sustancialmente la entrada del líquido en la cámara de la carcasa por medio de la abertura, y una segunda configuración mediante la cual la primera parte y segunda parte están separadas para permitir la entrada del líquido en la cámara de la carcasa por medio de la abertura para activar el flujo de iones entre el polvo de electrolito y el material de zinc por medio de la lámina separadora permeable.Also typically, the casing may include at least a first part and a second part that are movably attached to each other, the first and second parts movable to each other being at least one first attached configuration by which the opening is substantially locked without allowing liquid to enter the housing chamber via the opening, and a second attached configuration whereby the opening is substantially unlocked to allow liquid to enter the housing chamber to activate the flow of ions between the electrolyte powder and the zinc material by means of the permeable separator sheet. Also normally, a valve may be formed in one piece in the housing, wherein said valve may be comprised of at least one of the first housing part and the second housing part. Also typically, the casing may include at least a first part and a second part that are mutually movable between at least a first configuration whereby the first part and the second part are joined and substantially block the entry of liquid into the chamber of the casing by means of the opening, and a second configuration whereby the first part and second part are separated to allow the entry of the liquid into the chamber of the casing by means of the opening to activate the flow of ions between the electrolyte powder and the zinc material by means of the permeable separator sheet.
También típicamente, el mecanismo de liberación de líquido y/o electrolito puede incluir una envoltura alojada dentro de la cámara que sella de manera liberable por lo menos uno de entre un líquido, un electrolito o una combinación de los mismos dentro de la envoltura, y la envoltura puede estar configurada para abrirse selectivamente para liberar el líquido, electrolito y/o combinación de ambos en la cámara. También normalmente, la envoltura puede ser capaz de abrirse electivamente mediante por lo menos uno de:Also typically, the liquid and/or electrolyte release mechanism may include a casing housed within the chamber that releasably seals at least one of a liquid, an electrolyte, or a combination thereof within the casing, and the casing may be configured to open selectively to release the liquid, electrolyte, and/or combination of both into the chamber. Also typically, the envelope may be capable of being opened electively by at least one of:
(a) un elemento perforador configurado para perforar selectivamente la envoltura;(a) a piercing element configured to selectively pierce the casing;
(b) un elemento de rasgado configurado para rasgar selectivamente la envoltura; y(b) a tear element configured to selectively tear the casing; and
(c) un elemento de disolución configurado para disolver selectivamente la envoltura.(c) a dissolving element configured to selectively dissolve the wrapper.
La presente invención puede ayudar a proporcionar una notable mejora con respecto a las tecnologías existentes, porque las características únicas de las formas de realización de la presente invención pueden fabricarse fácilmente utilizando sistemas, equipos y procesos de fabricación que ya existen para la utilización de pilas de tipo alcalino con modificaciones mínimas y gasto mínimo para efectuar las modificaciones técnicas de tales sistemas, equipos y procesos que se requieren. Además, se requieren menos etapas de procesamiento para la fabricación de las formas de realización de la presente invención que en la fabricación de pilas alcalinas, de manera que el coste global de eficiencia de la fabricación de pilas de las formas de realización puede ser notablemente más rápido y más económico que la fabricación de pilas de tipo alcalino convencionales utilizando equipos y sistemas de fabricación iguales o similares.The present invention can help provide a marked improvement over existing technologies because the unique features of embodiments of the present invention can be easily manufactured using existing manufacturing systems, equipment, and processes for battery use. alkaline type with minimal modifications and minimum expense to carry out the technical modifications of such systems, equipment and processes that are required. In addition, fewer processing steps are required for the manufacture of embodiments of the present invention than in the manufacture of alkaline batteries, so that the overall cost efficiency of manufacturing batteries of the embodiments can be significantly faster and more economical than manufacturing conventional alkaline type batteries using the same or similar equipment and manufacturing systems.
Además, el electrolito en forma de anillos de electrolito en polvo comprimido que se utilizan en las formas de realización de la presente invención tiende a deslizarse o insertarse de manera relativamente fácil y eficaz en la cámara de las pilas de las formas de realización en comparación con la canalización de polvos de electrolitos no comprimidos en otras pilas de tipo activables por líquido, y esta etapa de fabricación se adapta fácilmente a los sistemas, equipos y técnicas de procesamiento existentes aplicados a pilas de tipo alcalino. Los anillos de polvo de electrolito comprimido también presentan a permitir que se aloje una mayor cantidad de electrolito en la cámara de la pila, lo que puede reforzar el rendimiento global de tales pilas de las formas de realización.In addition, the electrolyte in the form of compressed powdered electrolyte rings used in the embodiments of the present invention tends to slip or insert relatively easily and efficiently into the cell chamber of the embodiments compared to channeling uncompressed electrolyte powders into other liquid-activatable type cells, and this manufacturing step is readily adaptable to existing systems, equipment and processing techniques applied to alkaline type cells. The compressed electrolyte powder rings also have the ability to allow a greater amount of electrolyte to be lodged in the cell chamber, which can enhance the overall performance of such cell embodiments.
Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings
La presente invención se entenderá más completamente a partir de la siguiente descripción detallada de formas de realización preferidas, pero no limitativas de la misma, descritas en relación con los dibujos adjuntos, en los que:The present invention will be more fully understood from the following detailed description of preferred, but non-limiting, embodiments thereof, described in connection with the attached drawings, in which:
la figura 1 representa una vista en corte transversal lateral de una forma de realización de la presente invención con una válvula de pila formada de una sola pieza que está dispuesta en una configuración abierta para permitir la entrada de un líquido en la cámara de la pila;Figure 1 depicts a side cross-sectional view of an embodiment of the present invention with a one-piece formed stack valve that is arranged in an open configuration to allow a liquid to enter the stack chamber;
la figura 2 representa una vista en corte transversal lateral de una forma de realización de la presente invención con una válvula de pila formada de una sola pieza que está dispuesta en una configuración cerrada para bloquear la entrada de un líquido en la cámara de la pila;Figure 2 depicts a side cross-sectional view of an embodiment of the present invention with a one-piece formed stack valve that is arranged in a closed configuration to block the entry of a liquid into the stack chamber;
la figura 3 representa una vista en corte transversal lateral adicional de una forma de realización de la presente invención con una válvula de pila formada de una sola pieza que está dispuesta en una configuración abierta para permitir la entrada de un líquido en la cámara de la pila;Figure 3 depicts a further side cross-sectional view of an embodiment of the present invention with a one-piece formed stack valve that is arranged in an open configuration to allow a liquid to enter the stack chamber. ;
la figura 4 muestra una vista en perspectiva transparente de una forma de realización adicional en la que la clavija colectora puede observarse extendiéndose hacia dentro de la cámara de la pila desde un extremo de la pila;Figure 4 shows a transparent perspective view of a further embodiment in which the collecting pin can be seen extending into the cell chamber from one end of the cell;
la figura 5 muestra una vista en perspectiva inversa de la forma de realización de la figura 4;Figure 5 shows a reverse perspective view of the Figure 4 embodiment;
la figura 6 muestra una vista lateral de la forma de realización de la figura 4;Figure 6 shows a side view of the embodiment of Figure 4;
la figura 7 muestra una vista en perspectiva explosionada de la forma de realización de la figura 4;Figure 7 shows an exploded perspective view of the Figure 4 embodiment;
la figura 8 muestra una vista en corte transversal lateral de la forma de realización de la figura 4;Figure 8 shows a side cross-sectional view of the Figure 4 embodiment;
la figura 9 muestra una vista desde un extremo de la forma de realización de la figura 4;Figure 9 shows an end view of the embodiment of Figure 4;
la figura 10 representa otra forma de realización que incluye una válvula emergente con resorte dispuesta en un extremo de la carcasa de pila dispuesta en una configuración abierta;Figure 10 depicts another embodiment including a spring-loaded pop-up valve disposed at one end of the stack housing arranged in an open configuration;
la figura 11 representa la forma de realización de la figura 10 con la válvula dispuesta en una configuración cerrada.Figure 11 represents the embodiment of Figure 10 with the valve arranged in a closed configuration.
la figura 11 representa la forma de realización de la figura 10 con la válvula dispuesta en una configuración cerrada.Figure 11 represents the embodiment of Figure 10 with the valve arranged in a closed configuration.
la figura 12 representa una válvula para su utilización en formas de realización de la presente invención en forma independiente;Figure 12 depicts a valve for use in stand-alone embodiments of the present invention;
la figura 13 muestra un anillo de polvo de electrolito comprimido tal como se utiliza en ciertas formas de realización de la presente invención;Figure 13 shows a ring of compressed electrolyte powder as used in certain embodiments of the present invention;
la figura 14 representa una vista desde arriba de una pila de las formas de realización con la parte de extremo de la carcasa de pila retirada.Figure 14 represents a top view of a battery of the embodiments with the end portion of the battery housing removed.
Descripción detallada de las formas de realización ejemplificativasDetailed description of the exemplary embodiments
A continuación, se describirán formas de realización ejemplificativas de la presente invención con referencia a las figuras 1 a 14. En estas formas de realización ejemplificativas, se proporciona una pila que incluye una carcasa de pila (1) que presenta una cámara con anillos de polvo de electrolito comprimido (3) alojados en la misma. Los anillos de polvo de electrolito comprimido (3) incluyen núcleos huecos en los que está situado un material de zinc (5) y una lámina separadora permeable (4) que separa el polvo de electrolito comprimido del material de zinc (5). Un terminal de ánodo (7) está dispuesto en un extremo de la carcasa (1), tal como se muestra en las figuras 1 y 2, en el que el terminal de ánodo (7) está en comunicación eléctrica con el material de zinc por medio de una clavija colectora de latón eléctricamente conductora (6) que se extiende dentro del material de zinc (5) desde el terminal de ánodo (7). El terminal de ánodo (7) está aislado eléctricamente de la capa conductora (2) y la carcasa de pila (1) ya que el terminal de ánodo (7) está rodeado por un material no conductor tal como material de plástico no conductor en el extremo de la carcasa, tal como se muestra en las figuras 1 y 2. Las pilas formadas según las formas de realización de la presente invención también incluyen un mecanismo de liberación de líquido que permite que un líquido (tal como, agua) se libere selectivamente en la cámara de la pila para activar el flujo de iones entre la mezcla de polvo de electrolito comprimido (3) y el material de zinc (5) por medio del separador permeable (4) mediante lo cual se genera una diferencia de potencial entre un terminal de ánodo (7) y un terminal de cátodo (8) de la pila en respuesta al flujo de iones activado. Se describirán detalles adicionales de la implementación y el funcionamiento de formas de realización de la presente invención en mayor detalle a continuación para fines ilustrativos.In the following, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to Figures 1 to 14. In these exemplary embodiments, a cell is provided that includes a casing of cell (1) that has a chamber with rings of compressed electrolyte powder (3) housed therein. The rings of compressed electrolyte powder (3) include hollow cores in which a zinc material (5) is located and a permeable separator sheet (4) that separates the compressed electrolyte powder from the zinc material (5). An anode terminal (7) is arranged at one end of the casing (1), as shown in Figures 1 and 2, wherein the anode terminal (7) is in electrical communication with the zinc material by by means of an electrically conductive brass collector pin (6) which extends into the zinc material (5) from the anode terminal (7). The anode terminal (7) is electrically insulated from the conductive layer (2) and the cell case (1) since the anode terminal (7) is surrounded by a non-conductive material such as a non-conductive plastic material in the end of the casing, as shown in Figures 1 and 2. Cells formed in accordance with embodiments of the present invention also include a liquid release mechanism that allows a liquid (such as water) to be released selectively in the cell chamber to activate the flow of ions between the compressed electrolyte powder mixture (3) and the zinc material (5) by means of the permeable separator (4) whereby a potential difference is generated between a anode terminal (7) and a cathode terminal (8) of the cell in response to the activated ion flow. Additional details of the implementation and operation of embodiments of the present invention will be described in greater detail below for illustrative purposes.
Dimensiones de otros tipos de pilas convencionales, tales como pilas de tipo AAA y pilas de tipo C. La siguiente descripción del funcionamiento de ciertas formas de realización de la presente invención puede implementarse de manera similar en estos otros tipos de pila según los mismos principios amplios de funcionamiento y construcción. Dimensions of other conventional battery types, such as AAA-type batteries and C-type batteries. The following description of the operation of certain embodiments of the present invention can be similarly implemented in these other battery types according to the same broad principles. of operation and construction.
La carcasa de pila define una cámara de forma cilíndrica que presenta una parte de cilindro, un primer extremo y un segundo extremo. Un extremo incluye un terminal de ánodo de la pila y el otro extremo incluye un terminal de cátodo de la pila. En esta forma de realización, la carcasa está formada por acero inoxidable, sin embargo, en formas de realización alternativas, la carcasa podría estar formada por una aleación de aluminio, un plástico conductor (tal como grafeno) o cualquier otro material adecuado en el contexto funcional de la invención descrita en la presente memoria.The battery casing defines a cylindrical shaped chamber having a cylinder part, a first end and a second end. One end includes a cell anode terminal and the other end includes a cell cathode terminal. In this embodiment, the casing is made of stainless steel, however, in alternative embodiments, the casing could be made of an aluminum alloy, a conductive plastic (such as graphene) or any other material suitable in the context. function of the invention described herein.
Una capa de grafito (2) recubre una superficie interna de la cámara, mediante lo cual la capa de grafito está configurada para estar en comunicación eléctrica con el terminal de cátodo en el segundo extremo de la carcasa de pila. La capa de grafito también está configurada para impedir que el polvo de electrolito en la cámara (que contiene cloruro de zinc en esta forma de realización) reaccione con la carcasa de acero inoxidable, y al hacerlo, ayuda a preservar la vida útil de funcionamiento de la pila. La capa de grafito puede pintarse sobre la superficie interna de la cámara o aplicarse sobre la superficie interna mediante la utilización de técnicas adecuadas de deposición de partículas. Alternativamente, la capa de grafito puede adoptar la forma de una lámina de revestimiento que también presenta forma cilíndrica para complementar perfectamente el contorno de la superficie interna de manera que la lámina de revestimiento pueda insertarse en la cámara y unirse a la superficie interna con un adhesivo u otros medios durante la fabricación. El grosor de la capa de grafito debe formarse tan delgado como sea posible para maximizar el espacio disponible dentro de la cámara para el alojamiento del electrolito en la misma, mientras que, al mismo tiempo, no se compromete su capacidad para comunicarse eléctricamente con el cátodo y para proteger la carcasa de la reacción con el electrolito (que contiene cloruro de zinc en estas formas de realización).A graphite layer (2) coats an internal surface of the chamber, whereby the graphite layer is configured to be in electrical communication with the cathode terminal at the second end of the cell case. The graphite layer is also configured to prevent electrolyte dust in the chamber (containing zinc chloride in this embodiment) from reacting with the stainless steel casing, and by doing so helps preserve the operating life of the the battery. The graphite layer can be painted on the inner surface of the chamber or applied to the inner surface using suitable particle deposition techniques. Alternatively, the graphite layer can be in the form of a liner sheet that is also cylindrical in shape to perfectly complement the contour of the inner surface so that the liner sheet can be inserted into the chamber and attached to the inner surface with an adhesive. or other means during manufacture. The thickness of the graphite layer should be made as thin as possible to maximize the space available within the chamber for accommodation of the electrolyte in the chamber, while at the same time not compromising its ability to communicate electrically with the cathode. and to protect the housing from reaction with the electrolyte (containing zinc chloride in these embodiments).
Pueden utilizarse otros materiales adecuados en lugar de una capa de grafito para recubrir la superficie interna de la cámara de la pila, sin embargo, el material debe ser también conductor y no debe reaccionar tampoco con el electrolito. Dichos otros materiales pueden incluir, por ejemplo, plata, oro, platino y carbono, sin embargo, se utiliza grafito en las formas de realización debido a que es relativamente barato en comparación con los otros materiales enumerados. En formas de realización aún alternativas, el grafito puro puede moldearse para su utilización como carcasa de pila en cuyo caso no es necesario que se forme una capa de grafito separada sobre la superficie interna de la carcasa. Sin embargo, la utilización de grafito de esta manera no es rentable actualmente para la producción comercial de pilas de las formas de realización a escala.Other suitable materials can be used instead of a layer of graphite to coat the inner surface of the cell chamber, however, the material must also be conductive and must also not react with the electrolyte. Such other materials can include, for example, silver, gold, platinum, and carbon, however, graphite is used in the embodiments because it is relatively inexpensive compared to the other listed materials. In still alternative embodiments, pure graphite may be molded for use as a cell casing in which case a separate graphite layer need not be formed on the internal surface of the casing. However, the use of graphite in this manner is not currently cost effective for commercial production of batteries of the scale embodiments.
El primer extremo de la carcasa incluye una abertura que puede ajustarse selectivamente entre una configuración abierta para permitir la entrada de un líquido en la cámara y una configuración cerrada mediante la cual se bloquea la entrada de un líquido en la cámara por medio de la abertura. La abertura puede realizarse en diversas implementaciones que se comentarán en detalle adicional a continuación.The first end of the housing includes an opening that is selectively adjustable between an open configuration to allow liquid to enter the chamber and a closed configuration whereby liquid is blocked from entering the chamber through the opening. The opening can be made in various implementations which will be discussed in further detail below.
El electrolito dentro de la cámara de la pila se proporciona en forma de una serie de anillos de polvo de electrolito comprimido que presentan cada uno un perfil de forma de sección transversal configurado para complementar sustancialmente un perfil de forma de sección transversal de la cámara de la pila de modo que los anillos de polvo de electrolito puedan recibirse perfectamente dentro de la cámara de un modo apilado. El polvo de electrolito que comprende los anillos de polvo de electrolito se somete a molienda con bolas hasta diámetros sustancialmente uniformes de 4 |im antes de que se les dé forma de anillos utilizando técnicas y procesos adecuados de compresión de polvo. Es posible formar un solo anillo de polvo de electrolito comprimido para su utilización en la cámara de la pila, sin embargo, al someter a prueba las formas de realización, se encontró que un solo anillo de polvo de electrolito comprimido tendía a ser más susceptible a la rotura durante la producción de pilas. Por consiguiente, en estas formas de realización, se utilizan tres anillos de polvo de electrolito comprimido diferenciados de forma y dimensiones idénticas, comprendiendo cada uno aproximadamente 3 g de electrolito para proporcionar una cantidad global de 9 g de polvo de electrolito comprimido dentro de la cámara de la pila. En ciertas formas de realización, es posible que se utilice polvo de electrolito no comprimido en la cámara, sin embargo, esto no optimiza la utilización de la cámara de la pila y da como resultado una menor potencia de salida global de la pila. La utilización de un polvo no comprimido, aunque es posible, daría como resultado también un tiempo de fabricación lento en comparación con la utilización de anillos de polvo comprimido que pueden deslizarse convenientemente dentro de la cámara de la pila durante la fabricación. En cambio, se ha encontrado a través de experimentos que el polvo de electrolito puede tender a ser susceptible a la obstrucción de una boquilla de dispensación utilizada para dispensar el polvo dentro de la cámara de la pila.The electrolyte within the cell chamber is provided in the form of a series of rings of compressed electrolyte powder each having a cross-sectional shape profile configured to substantially complement a cross-sectional shape profile of the cell chamber. stack so that the electrolyte powder rings can be neatly received into the chamber in a stacked fashion. The electrolyte powder comprising the electrolyte powder rings is ball milled to substantially uniform diameters of 4 µm before being ring-shaped using suitable powder compression techniques and processes. It is possible to form a single ring of compressed electrolyte powder for use in the cell chamber, however, in testing the embodiments, it was found that a single ring of compressed electrolyte powder tended to be more susceptible to breakage during battery production. Consequently, in In these embodiments, three discrete rings of compressed electrolyte powder of identical shape and dimensions are used, each comprising approximately 3 g of electrolyte to provide an overall quantity of 9 g of compressed electrolyte powder within the cell chamber. In certain embodiments, it is possible for uncompressed electrolyte powder to be used in the chamber, however this does not optimize cell chamber utilization and results in lower overall cell output power. The use of a non-compressed powder, while possible, would also result in a slow manufacturing time compared to the use of rings of compressed powder which can be conveniently slid into the cell chamber during manufacture. Instead, it has been found through experiment that electrolyte powder may tend to be susceptible to clogging of a dispensing nozzle used to dispense the powder into the cell chamber.
Los anillos de polvo de electrolito incluyen superficies periféricas circulares y núcleos circulares huecos que están alineados dentro de la cámara para asemejarse a un anillo de polvo de electrolito comprimido prácticamente continuo en la misma. Un material de zinc, o bien en forma de un polvo de zinc o bien un gel de zinc, se deposita en el núcleo hueco de los anillos de polvo de electrolito comprimido durante la fabricación, mediante lo cual el material de zinc se separa del polvo de electrolito comprimido mediante una lámina separadora permeable dispuesta entre medias. En esta forma de realización, se utiliza un polvo de zinc para demostrar la prueba de concepto, sin embargo, en la fabricación comercial a gran escala de formas de realización de pilas, puede ser más eficiente inyectar un gel de zinc dentro del núcleo hueco de los anillos de polvo de electrolito comprimido.Electrolyte powder rings include circular peripheral surfaces and hollow circular cores that are aligned within the chamber to resemble a substantially continuous compressed electrolyte powder ring therein. A zinc material, either in the form of a zinc powder or a zinc gel, is deposited in the hollow core of the compressed electrolyte powder rings during manufacture, whereby the zinc material is separated from the powder. of compressed electrolyte by means of a permeable separator sheet arranged therebetween. In this embodiment, a zinc powder is used to demonstrate proof of concept, however, in large-scale commercial manufacturing of battery embodiments, it may be more efficient to inject a zinc gel into the hollow core of the rings of compressed electrolyte powder.
Cuando tiene lugar la entrada de líquido por medio de la abertura en la carcasa de pila, la lámina separadora permeable absorbe el líquido de manera que se activa el flujo de iones entre el polvo de electrolito comprimido y el material de zinc por medio de la lámina separadora permeable. A medida que el líquido dentro de la cámara penetra adicionalmente en el polvo de electrolito comprimido y el material de zinc, el flujo de iones tenderá a aumentar. Para mejorar la velocidad de absorción del líquido por la lámina separadora permeable y la velocidad de penetración del líquido en el polvo de electrolito comprimido y el material de zinc, se forman una serie de canales en las superficies periféricas externas de los anillos de polvo de electrolito comprimido de manera que se extienden sustancialmente a lo largo de un eje alargado de la carcasa y proporcionan una trayectoria por medio de la cual el líquido puede fluir dentro de la carcasa. Se forman seis canales separados en cada uno de los anillos de polvo de electrolito comprimido, estando los seis canales de cada anillo de polvo de electrolito comprimido en alineación dentro de la cámara. En las formas de realización alternativas, pueden formarse unos canales, rebajes o hendiduras en otras zonas del electrolito, o pueden formarse en las superficies periféricas internas de los anillos de polvo de electrolito comprimido dentro de los núcleos huecos de los anillos de polvo de electrolito comprimido. Aun alternativamente, pueden formarse canales en la lámina separadora permeable, por ejemplo, formando la lámina separadora permeable con una configuración corrugada de manera que las corrugaciones que se extienden a lo largo del eje alargado de la lámina separadora permeable proporcionan los canales del líquido.When ingress of liquid occurs through the opening in the cell housing, the permeable separator sheet absorbs the liquid so that the flow of ions between the compressed electrolyte powder and the zinc material through the sheet is activated permeable separator. As the liquid within the chamber further penetrates the compressed electrolyte powder and zinc material, the ion flux will tend to increase. To improve the absorption rate of the liquid by the permeable separator sheet and the penetration rate of the liquid into the compressed electrolyte powder and zinc material, a series of channels are formed on the outer peripheral surfaces of the electrolyte powder rings. compressed so as to extend substantially along an elongated axis of the casing and provide a path by means of which liquid can flow within the casing. Six separate channels are formed in each of the rings of compressed electrolyte powder, the six channels of each ring of compressed electrolyte powder being in alignment within the chamber. In alternate embodiments, channels, recesses, or slits may be formed in other areas of the electrolyte, or may be formed on the inner peripheral surfaces of the rings of compressed electrolyte powder within the hollow cores of the rings of compressed electrolyte powder. . Still alternatively, channels can be formed in the pervious spacer sheet, for example, by forming the pervious spacer sheet in a corrugated configuration such that the corrugations extending along the elongated axis of the pervious spacer sheet provide the fluid channels.
Las formas de realización de la presente invención incluyen un mecanismo de liberación de líquido que permite que un usuario libere selectivamente un líquido tal como agua dentro de la cámara para activar la pila. El mecanismo de liberación de líquido puede implementarse de diversos modos. En una forma de realización, la pila puede incluir una abertura dispuesta en la carcasa que está configurada para permitir selectivamente la entrada del líquido en la cámara de la pila, mediante los cual la entrada del líquido en la carcasa está configurada para activar el flujo de iones entre el polvo de electrolito y el material de zinc por medio de la lámina separadora permeable, mediante lo cual puede generarse una diferencia de potencial entre la lámina conductora y la clavija conductora en respuesta a dicho flujo de iones.Embodiments of the present invention include a liquid release mechanism that allows a user to selectively release a liquid such as water into the chamber to activate the battery. The liquid release mechanism can be implemented in various ways. In one embodiment, the cell may include an opening arranged in the casing that is configured to selectively allow the entry of liquid into the cell chamber, whereby the ingress of liquid into the casing is configured to activate the flow of ions between the electrolyte powder and the zinc material by means of the permeable separator sheet, whereby a potential difference can be generated between the conductive sheet and the conductive pin in response to said flow of ions.
En ciertas formas de realización, la carcasa podría incluir una primera parte y una segunda parte que están unidas de manera móvil entre sí. Las partes primera y segunda son móviles entre sí entre por lo menos una primera configuración unida de manera que la abertura está sustancialmente bloqueada sin permitir la entrada del líquido en la cámara de la carcasa por medio de la abertura, y una segunda configuración unida mediante la cual la abertura está sustancialmente desbloqueada para permitir la entrada del líquido en la cámara de la carcasa para activar el flujo de iones entre el polvo de electrolito y el material de zinc por medio de la lámina separadora permeable. En cierta forma de realización, está formada de una sola pieza una válvula en la carcasa que comprende la primera y segunda partes.In certain embodiments, the housing could include a first part and a second part that are movably joined together. The first and second parts are movable relative to each other between at least one first configuration joined so that the opening is substantially blocked without allowing liquid to enter the chamber of the housing through the opening, and a second configuration joined by means of the opening. which opening is substantially unblocked to allow liquid to enter the housing chamber to activate the flow of ions between the electrolyte powder and the zinc material via the permeable separator sheet. In a certain embodiment, a valve is formed in one piece in the housing comprising the first and second parts.
En formas de realización de la presente invención, la primera y segunda partes podrían comprender cualquier parte de la carcasa. La abertura podría estar dispuesta también en la carcasa en cualquier lugar de la carcasa incluidos los extremos primero o segundo de la carcasa, o cualquier lugar en la superficie de la parte de cilindro de la carcasa entre los extremos primero y segundo de la carcasa. A modo de ejemplo, la primera y segunda parte podrían comprender elementos de válvula de una válvula que está formada de una sola pieza en o bien el primer extremo o bien el segundo de la carcasa de pila. La primera y segunda partes de la carcasa que forman la válvula podrían ser móviles de manera deslizable y/o móviles de manera giratoria entre sí entre por lo menos una primera configuración abierta para permitir la entrada del líquido y una segunda configuración cerrada que no permite la entrada del líquido en la cámara. Ventajosamente, en estas formas de realización ejemplificativas, ya que la primera y segunda partes no se separan una de otra en ningún momento cuando se mueven entre las configuraciones primera y segunda, se alivia el riesgo de extraviar involuntariamente una parte de la carcasa. In embodiments of the present invention, the first and second parts could comprise either part of the casing. The opening could also be provided in the casing anywhere in the casing including the first or second ends of the casing, or anywhere on the surface of the barrel portion of the casing between the first and second ends of the casing. By way of example, the first and second parts could comprise valve elements of a valve that is formed in one piece at either the first or second end of the stack casing. The first and second parts of the housing that form the valve could be movable in a sliding manner and/or movable in a rotatable manner with respect to each other between at least a first open configuration to allow the entry of the liquid and a second closed configuration that does not allow the entry of liquid into the chamber. Advantageously, in these exemplary embodiments, since the first and second parts do not separate from each other at any time when moving between the first and second configurations, the risk of inadvertently misplacing a housing part is alleviated.
En otras formas de realización, la primera y segunda partes de la carcasa que son móviles entre sí entre una primera configuración abierta para permitir la entrada de un líquido en la cámara y una segunda configuración para bloquear la entrada del líquido en la cámara pueden separarse totalmente cuando se mueven a la primera configuración abierta. Por ejemplo, un primer extremo de la carcasa de pila podría estar configurado, por ejemplo, de manera que se separa totalmente de la parte de cilindro de la carcasa y luego vuelve a unirse cuando vaya a cerrarse la abertura en el primer extremo de la pila.In other embodiments, the first and second housing parts that are movable relative to each other between a first open configuration to allow a liquid to enter the chamber and a second configuration to block the liquid from entering the chamber can be totally separated. when they move to the first open configuration. For example, a first end of the cell housing could be configured, for example, so that it separates completely from the barrel part of the housing and then reattaches itself when the opening in the first end of the cell is to be closed. .
En formas de realización de la presente invención, la primera y segunda partes de la carcasa que son móviles entre sí podrían bloquearse en una posición relativamente fija entre sí (por ejemplo, bloquearse en una segunda configuración cerrada) mediante la utilización de un mecanismo de bloqueo de tipo bayoneta entre la primera y segunda parte. Un mecanismo de bloqueo de este tipo es relativamente común, y fácil de incluir en la forma de realización para bloquear las partes primera y segunda entre sí de manera rápida y fácil.In embodiments of the present invention, the first and second housing parts that are movable relative to each other could be locked in a relatively fixed position relative to each other (eg, locked in a second closed configuration) by using a locking mechanism. bayonet type between the first and second parts. Such a locking mechanism is relatively common, and easy to include in the embodiment to lock the first and second parts together quickly and easily.
En formas de realización alternativas, también normalmente, la carcasa puede incluir por lo menos una primera parte y una segunda parte que son móviles entre sí entre por lo menos una primera configuración mediante la cual la primera parte y la segunda parte se unen y sustancialmente bloquean la entrada del líquido en la cámara de la carcasa por medio de la abertura, y una segunda configuración mediante la cual la primera parte y la segunda parte se separan para permitir la entrada del líquido en la cámara de la carcasa por medio de la abertura para activar el flujo de iones entre el polvo de electrolito y el material de zinc por medio de la lámina separadora permeable.In alternative embodiments, also normally, the casing may include at least a first part and a second part that are movable with respect to each other between at least a first configuration by which the first part and the second part are joined and substantially interlocked. the entry of the liquid into the housing chamber through the opening, and a second configuration by which the first part and the second part are separated to allow the entry of the liquid into the housing chamber through the opening for activate the flow of ions between the electrolyte powder and the zinc material by means of the permeable separator sheet.
En formas de realización aún alternativas, la carcasa podría ser una cámara totalmente sellada que presenta una envoltura alojada dentro de la cámara. La envoltura podría estar configurada para contener un líquido, un electrolito o una combinación de ambos dentro de la envoltura, y podría proporcionarse un mecanismo de liberación de líquido que permitiría que la envoltura se abra selectivamente con el fin de liberar el líquido, el electrolito y/o una combinación de ambos dentro de la cámara de la pila con el fin de activar el flujo de iones entre el polvo de electrolito y el material de zinc por medio de la lámina separadora permeable. La apertura seleccionable de la envoltura, por ejemplo, puede efectuarse mediante un elemento perforador configurado para perforar selectivamente la envoltura, un elemento de rasgado configurado para rasgar selectivamente la envoltura o un elemento de disolución para disolver selectivamente la envoltura. Puede ser el caso en ciertas formas de realización que la torsión, el deslizamiento, la rotación, la deformación elástica y/o inelástica de la carcasa pudieran controlar el elemento perforador, elemento de rasgado o elemento de disolución para que actúe sobre la envoltura dentro de la cámara para abrir la envoltura. La envoltura puede comprender un material tal como el que se utiliza en las “barras luminosas” luminiscentes de tipo “romper para activar” mediante lo cual la deformación de la envoltura o cápsula que contiene sustancias separadas permite la combinación de las sustancias para desencadenar una reacción química. En ciertas formas de realización, el electrolito en la cámara de la pila puede incluir hidróxido de potasio y el líquido en la envoltura puede contener también hidróxido de potasio. In still alternative embodiments, the casing could be a totally sealed chamber having a casing housed within the chamber. The casing could be configured to contain a liquid, an electrolyte, or a combination of both within the casing, and a liquid release mechanism could be provided that would allow the casing to be selectively opened to release the liquid, electrolyte, and /or a combination of both within the cell chamber in order to activate the flow of ions between the electrolyte powder and the zinc material via the permeable separator sheet. Selectable opening of the casing, for example, can be effected by a puncturing element configured to selectively puncture the casing, a tearing element configured to selectively tear the casing, or a dissolving element to selectively dissolve the casing. It may be the case in certain embodiments that torsion, slippage, rotation, elastic and/or inelastic deformation of the carcass could control the piercing element, tearing element or dissolving element to act on the casing within the chamber to open the wrapper. The shell may comprise a material such as is used in "break to activate" type luminescent "glow sticks" whereby deformation of the shell or capsule containing separate substances allows combination of the substances to trigger a reaction chemistry. In certain embodiments, the electrolyte in the cell chamber may include potassium hydroxide and the liquid in the casing may also contain potassium hydroxide.
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